1．1我国土壤重金属污染现状
重金属是指比重大于或等于5．0 g／cm3的金属元素。根据《中华人民共和国土壤 环境质量标准GB 15618．1995))，汞、砷、镉、铬、铜、铅、锌、镍等八种元素为农 业生态环境中重点监控的有害重金属。土壤重金属污染是指由人类活动引起的各种 重金属物质通过各种形式进入土壤中，导致土壤中重金属含量明显高于其原有含量 或正常值，超过了土壤的容纳能力和净化速度，从而使土壤的性质、组成及功能等 发生变化，造成当地土壤质量和生态环境恶化的现象。土壤重金属污染主要来源于 工业“三废”、化学农药肥料、病原微生物等方面。重金属污染是导致土壤质量 退化的主要原因，除直接危害生态环境外，还会降低土壤养分的生物有效性进而产 生间接危害。重金属在土壤中的累积一方面影响着动植物的生长和发育，一方面 经食物链最终进入人体，严重威胁人类的生存和健康。 近年来，废水废渣排放、不合理污灌、施用含重金属的化肥农药，使水稻重金 属污染日益严重。据统计，全国每年生产镉米数亿公斤，过量的镉会引起骨痛病， 直接危害身体健康。其它诸如血铅和癌症事件等重金属污染报道也越发频繁。我 国土壤重金属污染情况不容乐观，华南部分城市约有一半的耕地遭受镉、砷、汞等有毒重金属的污染；长三角 有的城市连片农田受多种重金属污染，致使10％的土壤基本丧失生产力，成为“毒 土”。据2019年《全国土壤污染状况调查公报》，我国的耕地土壤污染物超标率 为 16.1%，其中轻微、轻度、中度和重 度污染点位比例分别为 11.2%、2.3%、1.5%和 1.1%。
从污染分布情况看，南方土壤污染重于北方；长江三角洲、 珠江三角洲、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突 出，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大；镉、汞、砷、铅 4 种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向 逐渐升高的态势。
1．2土壤重金属污染的危害
1．2．1土壤重金属污染对农作物的危害
“民以食为天，食以农为本”，来源于土壤的农作物为人类生存和发展提供了 丰富的物质基础，离开了食物，人类将寸步难行。近年来，随着土壤重金属污染的 曰趋严重，农产品质量安全受到了极大的威胁，并最终影响人类的生存和安全。 重金属进入土壤后被吸附，或被植物根系及其他生物吸收。有些重金属属于作 物微量营养元素，如铜、锌、锰、钼、钻等，当浓度较低时，能够催化各种酶系促 进植物生长；但浓度过高时，也会对植物的正常代谢功能带来破坏，阻碍植物发育 并影响对其它元素的吸收和代谢。另外诸如镉、汞、铅、镍等元素，对农作物往往 没有积极影响，含量超过作物自身的富集阈值，通常会使植物中毒，生物量减少， 甚至死亡。就农业土壤而言，当重金属随着大气、水土等途径经植物的花蕊、叶 片、根系等部位进入植物体，不仅会对植物体本身带来伤害，甚至可能威胁农产品 的质量安全。同时，由于土壤重金属污染不易发现、不易降解，具有隐蔽性、潜伏 性、不可逆性和长期性等特点，带来的后果尤为严重，影响尤为深远。有研究 发现，土壤中重金属全量影响作物中重金属的含量，汞、镉、铜、锌等元素呈较明 显的正相关关系，其它元素的相关性较差。上海市蔬菜地区的调研显示，青 菜镉、铜浓度与土壤中镉、铜浓度的相关系数分别为0．789、0．532。徐州地区土壤中 重金属和农产品中重金属含量间的关系也呈现出类似规律，茄子汞、黄瓜铅、番茄 镉和土壤汞、铅、镉的相关系数都高于O．8。 重金属对植物的毒性影响主要表现在以下四个方面： (1)阻碍养分吸收 过量的重金属，可以阻碍植物对矿质营养的吸收。大量试验表明，当土壤受重 金属污染后，会严重抑制氮的矿化过程，降低有效性，并阻碍植物对氮素的吸收。研究表明，植物叶片缺磷同样有来自重金属胁迫的影响，如较高浓度的镉会 导致玉米植株对磷的吸收量下降。当土壤中铬含量较高时，除了会危害植物体本 身外，还会阻碍植物养分的运输，削弱其对必需元素的吸收能力。过量的砷同样会 阻碍水分输送，限制根系以上部分的氮素吸收，使作物枯黄致死。 (2)破坏生理生化功能 重金属污染造成根尖细胞分裂及染色体异常，导致植物根尖中虫。试验表明， 过量的铜是氧化胁追的原因之一，其会破坏植物体细胞膜结构。在种子萌发阶段， 当水中六价铬浓度分别超过O．1 mg／L和l mg／L时，水稻和小麦种子的成长将受到明 显抑制。多数重金属对植物根功能产生明显毒性作用，如被植物吸收的铬，有约98％ 聚集于根系周围，减缓植物生长速度，并导致叶片萎缩、卷曲或褪色。镉浓度高时， 植物体内蔗糖向葡萄糖的转化可能受阻，进而抑制淀粉的合成。 (3)钝化生物活性 存在于植物体内的某些酶蛋白，能够产生帮助植物适应恶劣生存环境的酶类， 但是，当这些酶类遭受重金属的入侵，酶蛋白将明显减小甚至失去活性。相关研 究表明，重金属影响植物光合作用的主要原因可能与其会破坏植物光合器官结构、 细胞内呼吸酶和叶绿素合成酶等系统有关。当土壤中铜含量较高时，会影响植 物光化学合成和电子传递的效率m，铅在植物体内不断积累，也会有类似的表现。 根据光学相干层析成像系统对镉土中甘蓝叶片组织变化情况检测结果，植物的光合 作用同样受到了阻碍。此外，镉的毒性还表现在破坏碳酸酐酶、脱氢酶、磷酸酶、 蛋白酶和肽酶等方面，对植物呼吸及代谢系统均有不同程度的消极影ll向。这些 因素对植物生长都有不同程度的阻碍作用，严重者甚至可能导致死亡。 (4)导致作物产量和质量下降 随着土壤中重金属浓度的增加，被植物所吸收的重金属通常也会相应增加，特 别是活性较高的元素，当土壤中重金属浓度达到某个临界值，往往会明显降低作物 的产量和质量。有试验表明，农作物长期受重金属胁迫后，相对生长率较低、生存 时间缩短、植株矮化、产量下降。当土壤中铬含量过高时，将导致水稻、小麦和黄 瓜不同程度减产，严重者减产率达四分之一以上。当土壤中砷含量达到40 mg／kg时，几乎导致芸豆直接绝产，另有盆栽实验表明，当土壤中砷的含量增加 到60 mg／kg时，四季豆基本无法存活们。菠菜、莴苣和大豆等对镉敏感的作物，在 土壤中镉含量达4～13 mg／kg时，产量降低25％。研究表明，镉能导致农作物中粗蛋白质、粗淀粉、赖氨酸等营养指 标下降， 从而降低产品的营养价值。
1．2．2农作物重金属污染对人体的危害
被重金属污染的农作物，经膳食进入人体，与之而来的各种重金属在人体内长 期蓄积富集，会影响人体的健康安全，最终导致各种疾病的发生。目前，膳食摄入 重金属问题，已成为各方关注的焦点。不同的重金属元素对人体的影响有所区 别，包括营养所需的微量元素和有毒有害的重金属元素两种，但即便是微量元素， 过量摄入时，也有可能产生毒害作用。有毒重金属进入人体后，往往会引起慢性中 毒，严重者也可导致急性中毒症状。 水稻是我国的主要粮食作物，由于其对镉有较强的吸收能力，近年来引起多起 “镉米”安全事故。镉进入机体，可损坏呼吸器官、引起肾功能障碍、导致骨胶原 代谢障碍、抑制机体免疫功能，对人体有一定的“三致”(致畸、致癌和致突变) 作用。人体内镉的半衰期达10～30年之久，组织器官深受其害，临床表现为肺气肿、 肾炎、高血压、糖尿病、骨质松软、神经痛、内分泌失调和牙齿黄色斑等病症。另 外，有报道指出，过量镉有可能导致男性前列腺癌的发病几率升高。 铅为亲神经毒物，人体摄入过量铅后，不断蓄积在骨骼中，当人体血液含铅量 超过0．2 mg时，极易引发急性中毒，直接导致人体神经、血液、消化、内分泌等系 统的一系列异常表现，损害人体免疫系统，影响生理机能。科学实践证明，儿童对 铅的毒性尤为敏感，吸收率及在体内滞留时间高出成人4倍以上，其智能发育、体 格生长、听力视力等方面均会受到消极影响。临床上容易导致儿童慢性脑病综合症 的病发，表现为呕吐、昏迷、活动过度、运动失调等症状。 汞也是一种对人体健康较容易带来危害的元素，被汞污染的地区，各种农作物 中的汞比较明显地富集和超标。当人们长期食用这些农产品，汞会进入血液，破坏 神经系统，临床常表现为语言、行动、意识障碍。砷对神经系统的影响与汞类似， 除此之外，还可能引发皮肤斑、人体器官退化等症状。铬的影响主要表现在对消化 系统的影响上，临床表现为胃肠炎症、溃疡等疾病，严重者可诱发癌症。锌、硒、 镍是人体必需的微量营养元素，参与机体正常的免疫功能。但必须指出的是，过 量的镍对人体也是有害的。镍慢性中毒可造成心肌、肝脏和肾脏等方面的疾病。
1．3水稻土重金属污染与稻米质量安全
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